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电气控制及PLC第2版教学课件 ppt 作者周军主编 PLC_PPT12

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1、1,电气控制及PLC,第十二章交流调速系统,2,目的和要求：了解全控型功率电子器件，掌握交流电动机的调速原理，了解常用的几种交流调速系统。,3,目录,第一节全控型功率电子器件第二节交流调速原理第三节异步电动机调速方法,4,第一节全控型功率电子器件,一、门极可关断晶闸管（GTO） GTO具有三个极，分别是阳极K、阴极T和门极G，GTO的开通控制像普通晶闸管那样，可用单个门极脉冲电流开通，但它又具有在负脉冲门极电流的作用下自关断的能力,所以可通过门极控制电路的作用强迫关断而不必非要主电流下降到小于维持电流才能关断。可以省去用普通晶闸管构成逆变器时通常所需要的强迫换流电路，因而简化了变流器的结构，改善了性能。但GTO的关断增益较低，并且对门极驱动电路的要求较高。目前GTO在变流技术中得到了广泛应用。,5,二、大功率晶体管（GTR） GTR即巨型晶体管，与小功率晶体管相似，三个极是发射极E、基极B和集电极C。在交流伺服控制系统中得到了十分广泛的应用。大功率晶体管保持通态时需要持续的基极驱动电流，而且电流增益较低，但可以通过基极控制关断。大功率晶体管可以工作于较高的开关频

2、率，通常其基极驱动电路比较复杂，但能通过基极驱动电路提供加速开通和关断、限流保护、防止过饱和等功能。在直流电压型逆变器和斩波器中应用较多。目前，在交流伺服控制器的主电路中，大都采用由达林顿功率晶体管组成的模块，使主电路结构简化，便于安装使用。,6,三、功率场效应晶体管（MOSFET） MOSFET是一种电压控制多数载流子的电力半导体器件，它的三个极是源极S、漏极D和栅极G，在高频小功率场合得到了越来越广泛的应用。一种电压控制器件，用一个相对于源极端为正的电压加到栅极上，在其内部便感应出一个N型沟道，在外加电压的作用下，电子流便从源极流向漏极、形成漏极电流。电路阻抗非常高，从信号源电路吸取的电流非常小。由于这种特点，使得MOSFET有可能直接用CMOS或TTL逻辑电路来驱动。,7,四、绝缘门极晶体管（IGBT）交流调速装置在不断开发出的各种快速、高压、大电流、低驱动功率的功率电子器件的支持下，不断向小型化、轻型化、高效化和无噪声化发展。但常用的功率晶体管和功率场效应晶体管都有其不足之处。根据目前的技术水平，功率晶体管比较容易实现高电压大电流化，而难以实现高速化；MOSFET容易

3、实现高速化、而难以实现大电流化。所以，将上述两种器件复合得到的绝缘门极晶体管（IGBT）是具有GTR的高电流密度、低饱和电压和MOSFET的高输入阻抗、高速特性的一种新型功率开关器件。绝缘门极晶体管性能优越，正得到越来越广泛的应用。,8,第二节交流调速原理,异步电动机的转速： n0同步转速； f1电源频率； p磁极对数； s转差率。三种调速方法： 1. 改变磁极对数调速 2. 改变转差率调速改变转子电阻调速；改变定子电压的调压调速；电磁离合器调速（滑差电机）；串级调速。 3. 改变供电电源频率调速,9,第三节异步电动机调速方法,一、改变定子电压调速 1、调速原理：同步转速n0和临界转差率sm不变，电动机的转矩（包括最大转矩）随着电压的下降成平方比例下降。适用于通风机负载，而对于恒转矩负载，单纯采取改变定子电压调速的效果通常不佳，必须在增加转子电阻（以增大调速范围）的基础上配合转速负反馈的闭环控制（以提高低速运行时的稳定性）才能得到比较满意的调速特性。,10,2、调速方法：在某一稳定状态的基础下，改变给定信号Ug，此信号与反馈信号比较后得到的偏差信号送至调节器2，经

4、过调节器的处理，输出到触发器3，控制触发角的大小，从而改变调压装置的输出电压，使电动机转速随着变化，同时，反馈信号随着变化，使偏差信号的幅值变小，从而转速逐步接近新的给定信号对应的转速，达到调速的目的。为改善调速性能，可采用变极变压结合的调速方法。,11,二、异步电动机的串级调速 1、调速原理：串级调速的方法是将转子中的转差功率sPem通过变换装置加以利用，以提高设备的效率。变换装置：晶闸管元件。将转差功率sPem通过晶闸管逆变器变为交流电而送回电网的。逆变器的逆变电压平均值U与整流器的平均整流电压近似相等，改变逆变器的逆变角，则改变了串在异步电动机转子回路中的反电势，就可以改变异步电动机的转速。逆变角大，逆变电压低，异步电动机转速较高。反之，逆变角小，异步电动机转速下降。优点：效率高，为无级平滑调速，有较硬的低速机械特性。缺点：功率因数低。,12,二、异步电动机的变频调速调速原理：改变定子电源频率，可以改变同步转速，从而改变了电动机的转速。在频率下降时的磁通增加，将使磁路饱和，引起励磁电流急剧增加，从而铁损大大增加，这是不允许的。当频率升高时，磁通要减少，将导致电

5、动机输出转矩下降，电动机得不到充分利用。所以，频率与电压应协调。频率与电压的协调控制方式：保持U1/f1=常数恒磁通的控制方式恒功率的控制方式,13,1、保持U1/f1=常数：维持U1f1=常数，实质为保持磁通基本不变，保持U1f1=常数时的变频调速的机械特性见图12-4。当频率变化时，曲线基本是互相平行的，最大转矩随着频率的下降而减小。,14,2、恒磁通的控制方式：在低频时最大转矩减小。为了在低频时使最大转矩不变，要求恒磁通控制。在图12-5中给出了当频率变化时，电压El/f1=常数的规律协调控制的机械特性，其机械特性互相平行，最大转矩不变，从而获得恒转矩调速特性。,15,3、恒功率的控制方式：异步电动机变频调速的调速范围较大，在额定频率以下为恒转矩调速，在额定频率以上为恒功率调速，此种调速平滑性好，频率连续平滑调节可实现无级调速，且调速稳定性能好。变频调速是异步电动机理想的调速方案。变频器可分为交交变频器与交一直一交变频器两大类。交交变频器亦称为直接变频器，它是将交流电变成电压和频率都可调的交流电输出。交一直一交变频器称为带直流环节的间接变频器，它是由整流器、中间滤波环节及逆变器三部分组成。,

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